自己动手写CPU之第九阶段（4）——载入存储指令实现思路

将陆续上传新书《自己动手写CPU》，今天是第40篇，我尽量每周四篇，可是近期已经非常久没有实现这个目标了，一直都有事，不好意思哈。

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q=%E4%BA%9A%E9%A9%AC%E9%80%8A&ie=utf-8&src=se_lighten_f" style="color:rgb(51,102,153); text-decoration:none; display:inline; position:static">亚马逊、京东、当当三大图书站点上。发表《自己动手写CPU》书评的前十名读者。均可获赠《步步惊芯——软核处理器内部设计分析》一书，大家踊跃參与吧！

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9.2 载入存储指令实现思路

9.2.1 实现思路

本节介绍除ll、sc之外的载入存储指令的实现思路，ll、sc指令的实现思路将在9.7节专题介绍。

1、载入指令实现思路

载入指令在译码阶段进行译码，得到运算类型alusel_o、aluop_o，以及要写的目的寄存器信息。这些信息传递到运行阶段，然后又传递到訪存阶段，訪存阶段根据这些信息。设置对数据存储器RAM的訪问信号。

从RAM读取回来的数据须要依照载入指令的类型、载入地址进行对齐调整，调整后的结果作为终于要写入目的寄存器的数据。

2、存储指令实现思路

存储指令在译码阶段进行译码，得到运算类型alusel_o、aluop_o，以及要存储的数据。

这些信息传递到运行阶段，然后又传递到訪存阶段，訪存阶段根据这些信息。设置对数据存储器RAM的訪问信号。将数据写入RAM。

须要特别注意的是：本章如果能够在一个时钟周期内完毕对外部数据存储器RAM的读、写操作，在兴许章节实现实践版OpenMIPS处理器的时候会考虑复杂情况。

9.2.2 数据流图的改动

为了实现除ll、sc之外的载入存储指令，改动数据流图如图9-18所看到的。主要是在訪存阶段添加了对数据存储器RAM的訪问。同一时候，因为要写入目的寄存器的数据可能是运行阶段的结果，也可能是在訪存阶段从数据存储器RAM载入得到的数据，所以在訪存阶段添加了一个多路选择器。进行选择。

9.2.3 系统结构的改动

为了实现除ll、sc之外的载入存储指令，须要对系统结构进行改动，添加部分模块的接口，改动后的系统结构如图9-19所看到的。

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主要改动内容例如以下。

（1）译码阶段的ID模块添加了输出信号inst_o，其值就是处于译码阶段的指令，该信号会传递到运行阶段，在运行阶段的EX模块会利用该信号的值计算载入、存储地址mem_addr_o。

（2）运行阶段的EX模块将运算子类型aluop_o、载入存储地址mem_addr_o、读取的第二个操作数reg2_o等信息，通过EX/MEM模块传递到訪存阶段的MEM模块。

（3）訪存阶段的MEM模块根据载入、存储指令的类型，确定对数据存储器RAM的訪问信息，通过mem_ce_o接口送出数据存储器使能信号，mem_addr_o接口送出訪问地址，mem_we_o接口指出是载入还是存储操作、mem_sel_o接口送出字节选择信号。假设是存储指令。那么还通过mem_data_o接口输出要存储的数据，假设是载入指令。那么会从mem_data_i接口获得读取到的数据。然后MEM模块根据详细的载入指令类型、载入地址，对获取的数据进行对齐调整，终于得到要写入目的寄存器的数据。

下一次将改动OpenMIPS的代码以实现载入存储指令。